DE69020284T2

DE69020284T2 - Schmiermittelzusammensetzungen.

Info

Publication number: DE69020284T2
Application number: DE69020284T
Authority: DE
Inventors: James P King
Original assignee: Desilube Technology Inc
Current assignee: Desilube Technology Inc
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2010-09-28
Also published as: JPH03131690A; JP2986193B2; CA2015984C; EP0420626A1; CA2015984A1; US4923625A; DE69020284D1; EP0420626B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung, enthaltend eine synergistische Mischung aus einem Metallthiosulfat und einem Metallphosphat, die einem nicht-wäßrigen Basisschmiermittel Hochdruckund Verschleißschutz-Eigenschaften verleiht.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt ein Anwachsen in der forderung nach leistungsstarken, ungefährlichen und umweltverträglichen Schmiermittelzusätzen für fette, Öle, Metallbearbeitungsflüssigkeiten und Zusammensetzungen wie Mineralöle und synthetische Flüssigkeiten auf wäßriger Basis, die in metallbearbeitenden Vorgängen wie Drahtziehen und Metallschmieden, verwandt wird. Für Fette und Öle, die außerdem Kontakt mit Nahrungsmitteln haben, sind sehr wenige Schmiermittelzusätze erhältlich, die sowohl die erforderlichen ungiftigen Eigenschaften und die für moderne Maschinen benötigte Leistungsfähigkeit erfüllen. Bei der Formulierung von Metallbearbeitungsflüssigkeiten für Schneiden, Schleifen, Bohren, Gewindeschneiden usw. werden bestimmte schwefel-, chlor- und phoshorhaltige Verbindungen im allgemeinen als Hochdruckund Verschleiß-Zusätze eingesetzt. Jedoch die Gegenwart chlorhaltiger Verbindungen kann zu bestimmten Schwierigkeiten wie Korrosion und Entsorgungsproblemen führen. In Metallformungsvorgängen wie Metallziehen und -schmieden werden im allgemeinen Molybdändisulfid und andere Metallsulfide eingesetzt. Anschließende Behandlung der Werkstücke ist üblicherweise erforderlich, um die restlichen Sulfide durch ein saures Beizbad oder durch mechanisches Abbeizen zu entfernen. Die Entsorgung der Schlämme aus den sauren Beizbädern kann Umweltgefährdung bedeuten und es kann aufgrund des Vorhandenseins von Schwermetallen recht teuer sein.
Demgemäß ist ein Gegenstand dieser Erfindung die Bereitstellung eines Schmiermittels, enthaltend synergistische Zusätze, die dem Basisschmiermittel Hochdruck- und Verschleißschutz-Eigenschaften verleihen. Ein weiterer Gegenstand ist die Bereitstellung eines Schmiermittels mit den synergistischen Zusätzen, das ungefährlich, umweltverträglich und nach Verwendung, einfach zu entsorgen ist.

Diskussion des Standes der Technik

Viele übliche Schmiermittelzusätze basieren auf chlorierten und geschwefelten Ölen, Molybdändisulfid und Antimonverbindungen. Metallthiosulfate wurden als Hochdruck-Zusätze in verschiedenen Schmiermitteln (U.S. Patent 3 505 222 und 3 505 223) und in Formulierungen für die Metallbearbeitung und das Drahtziehen (U.S. Patent 2 903 384, 2 957 825 und 3 082 129) beschrieben. In diesen Beschreibungen stellt das Vorliegen von Metallthiosulfaten jedoch nur Hochdruckeigenschaften, aber keine Verschleißschutzeigenschaften bereit.
US 4 675 121 beschreibt, daß Phosphatsalz - öllösliche Schwefelsysteme als Zusätze für ein Hochdruckschmiermittel nützlich sind. U.S. 3 186 945 beschreibt eine Mischung eines viskosen löslichen Kaliumpolyphosphat mit einem oder mehreren Alkalimetallboraten, Alkalimetallsulfaten, Alkalimetallchloriden, Alkalimetallfluoriden oder Alkalimetallchromaten, wobei die Mischung als nützliches Öl auf wäßriger Basis und fettfreies Schmiermittel beschrieben wird. Ein solches System stellt jedoch nicht die Hochdruckeigenschaften bereit, die mit einer Thiosulfatkomponente erhalten werden.
US-A-2 588 234 beschreibt ein wasserlösliches phosphatierendes Schmiermittel, worin ein einheitlicher Phosphatüberzug auf Kohlenstoffstahl gebracht wird und ebenso ein stufenweiser Schmiermittelfilm aufgetragen wird. Das benutzte Bad umfaßt ein organisches filmbildendes Material (Diethylenglykolstearat oder Natriumstearat), Mononatriumphosphat und Natriumthiosulfat. Ein einheitlicher Eisenphosphatüberzug wird gebildet in dem sauren Medium, das durch Mononatriumphosphat, beschleunigt mit Natriumbisulfit gebildet wird, das durch die Reaktion von Natriumthiosulfat und Natriumphosphat erhalten wird. Nach Trocknung besteht der fertige Überzug aus Phosphat, Schwefel (aus der Zersetzung des Bisulfits) und dem Stearatschmiermittel.
US-A-2 868 671 und 2 957 825 beschreiben eine Schmiermittelzusammensetzung, die ein Schmiermittel von Seifentyp, ein Phosphat und ein Thiosulfat umfaßt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Mischung von einem Metallthiosulfat und einem Metallphosphat mit einem Gewichtsverhältnis von Thiosulfat zu Phosphat von 1 : 99 bis 99 : 1 als Zusatz für ein nicht-wäßriges Basisschmiermittel, zur Bereitstellung von Hochdruck- und Verschleißschutz-Eigenschaften, wobei die Mischung in einer Menge von 0.01 bis 30 Gewichtsprozent vorliegt, basierend auf dem nicht-wäßrigen Basisschmiermittel.
Die vorliegende Erfindung betrifft, worauf schon oben hingewiesen wurde, die Verwendung einer synergistischen Mischung aus einem Metallthiosulfat und einem Metallphosphat in einem nicht-wäßrigen Basisschmiermittel, wobei dieses Schmiermittel nicht nur die ausgezeichneten Hochdruckeigenschaften eines Metallthiosulfats bereitstellt, sondern auch Verschleißschutzcharakteristiken besitzt, die nicht durch Einsatz eines der Bestandteile allein erreicht werden können. Diese synergistischen Mischungen sind generell ungefährlich und sicher. Im Gegensatz zu Molybdändisulfid, Graphit, chlorierten und geschwefelten Kohlenwasserstoffen sind sie farblos, geruchlos, wasserlöslich und einfach auf umweltverträgliche Weise zu entsorgen. Der nach Zug- oder Schmiedevorgängen auf dem Werkstück abgelagerte verbleibende Film kann leicht in einem Alkalibad entfernt werden, so daß die Verwendung von sauren Beizbädern oder mechanischem Beizen ausgeschlossen wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da es die Verwendung der Erfindung für nahrungsmittelverträgliche Schmiermittel erlaubt, da die in der Erfindung benutzten Thiosulfate und Phosphate auf der GRAS-Liste stehen und außerdem das, aus dem den verbleibenden Film entfernende Vorgang, entstehende Abwasser leicht ohne Umweltprobleme entsorgt werden kann.
Die Menge der erfindungsgemäßen synergistischen Mischung und das Verhältnis von Metallthiosulfat zu Metallphosphat kann, in Abhängigkeit von dem angewandten nicht-wäßrigen Basisschmiermittel und der spezifischen Anwendung für die das Schmiermittel bestimmt ist, in einem breiten Bereich variieren. Generell werden gute Ergebnisse erhalten, wenn von ungefähr 0.01 bis 30 Gewichtsprozent der synergistischen Mischung dem Schmiermittel zugefügt werden. Ein bevorzugter Bereich ist von ungefähr 0.05 bis 20 Gewichtsprozent. Das Gewichtsverhältnis von Metallthiosulfat zu Metallphosphat kann im Bereich von ungefähr 1 : 99 bis ungefähr 99 : 1 liegen. Ein bevorzugtes Verhältnis ist von ungefähr 30 : 70 bis ungefähr 70 : 30, noch bevorzugter von ungefähr 20 : 80 bis ungefähr 80 : 20. Diese Mischungen können oder können nicht löslich in dem Basisschmiermittel sein und können als feines Pulver, falls notwendig mit einem Suspendiermittel wie ein öllösliches Succinimid, suspendiert werden.
Die in der Erfindung verwandten Metallthiosulfate werden mit jedem Metall hergestellt, das in der Lage ist, Metallthiosulfatsalze zu bilden. Typische Beispiele sind Lithium, Natrium, Kalium, Mangan, Calcium, Barium, Strontium, Titan, Zirconium, Cadmium, Zink, Nickel, Cobalt, Kupfer, Eisen, Magnesium, Blei, Zinn, Silber usw., ebenso wie Mischungen davon. Ist Wasser das Basisschmiermittel, ist es am günstigsten Alkalimetall- oder Ammoniumthiosulfat zu verwenden.
Eine andere nützliche Klasse von Metallthiosulfaten ist durch die Metallsalze der Bunte-Salze dargestellt, wie in der nachstehenden Formel gezeigt:
worin R einen Kohlenwasserstoffrest darstellt, der von 1 bis ungefähr 30 Kohlenstoffatome enthält, M ein Metall ist, das die vorne aufgezählten thiosulfatbildenden Metalle einschließt und n die Valenz von M ist. Der Rest R kann mit einer Nicht-Kohlenwasserstoffgruppe wie Chlor, Brom, Hydroxyl, Carboxyl, Carbonyl usw. substituiert werden. Einige repräsentative Beispiele der Bunte-Salze sind Natriumethylthiosulfat, Kaliumbenzylthiosulfat und Bariumisoamylthiosulfat. Diese Verbindungen können hergestellt werden durch Umsetzung eines Alkylhalogenids mit Natriumthiosulfat. Bevorzugte Metallthiosulfate sind Alkalimetallthiosulfate, Erdalkalimetallthiosulfate und Ammoniumthiosulfate.
Die in der Erfindung eingesetzten Metallphosphate können ausgewählt werden aus den Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumphosphaten. Einige repräsentative Beispiele dieser Phosphate sind Natriumphosphat (mono-, di- und tribasisch), Natriumpyrophosphat, Natriumheptaphospat, Natriumtripolyphosphat, Natriumhexametaphosphat, Natriumhypophosphat, Natriumtrimetaphosphat, Kaliummetaphosphat, Eisen(III)natriumphosphat und Calciumglykophosphat.
Die synergistischen Mischungen können benutzt werden mit einer breiten Vielfalt von nicht-wäßrigen Basisschmiermitteln wie Ölen, Fetten, synthetischen Schmiermitteln, Schmiermittelpulvern usw. Die Erfindung ist besonders nützlich mit Fetten, insbesondere mit Fetten auf Lithiumbasis, Ton-Fetten, Harnstoff-Fetten und Aluminiumkomplex-fetten und sie ist auch besonders wertvoll mit Ölen von schmierfähiger Viskosität, die in Schneid- und Schleifvorgängen eingesetzt werden. Die folgenden Beispiele veranschaulichen die umfangreiche Nützlichkeit der Erfindung.

Beispiele

Beispiel 1

Ein Lithiumfett wird vermischt mit (a) 1 % Natriumpyrophosphatdecahydrat, (b) 1 % Natriumthiosulfatpentahydrat und (c) einer Mischung von 0.5 % Natriumthiosulfatpentahydrat und 0.5 % Natriumpyrophosphatdecahydrat. Die Daten sind in Tabelle I aufgezeichnet. Das Fett, das die Mischung enthält, stellt kleinere Verschleißdurchmesser bereit, als die Fette, die 1 % Natriumthiosulfatpentahydrat enthalten oder die Fette mit 1 % Natriumpyrophosphatdecahydrat, wodurch der bedeutende synergistische Effekt gezeigt wird.

Beispiel 2

Auf gleiche Weise wird ein Lithiumfett vermischt mit (a) 1 % Natriumphosphatdodecahydrat (tribasisch), (b) 1 % Natriumthiosulfatpentahydrat und (c) eine Mischung von 0.5 % Natriumthiosulfatpentahydrat und 0.5 % Natriumphosphatdodecahydrat (tribasisch). Aus den Daten der Tabelle I sieht man, daß das Fett, das die erfindungsgemäße Mischung enthält, die besten Verschleißschutzcharakteristiken bereitstellt und die Daten zeigen eindeutig den synergistischen Effekt.

Beispiel 3

Verschleißdurchmesser werden erhalten mit einem Aluminiumkomplex-Fett, enthaltend (a) 1 % Natriumpyrophosphatdecahydrat, (b) 1 % Natriumthiosulfatpentahydrat und (c) eine Mischung von 0.5 % Natriumthiosulfatpentahydrat und 0.5 % Natriumpyrophosphatdecahydrat. Die Daten in Tabelle II zeigen, daß das Fett, das die Mischung enthält, den kleinsten Verschleißdurchmesser bereitstellt.

Beispiel 4

In einem weißen Mineralöl der Viskosität 3.4 x 10&supmin;&sup5; m²/s (160 SUS) wird (a) 2 % Natriumthiosulfat (wasserfrei), (b) 2 % Natriumpyrophosphatdecahydrat und (c) eine Mischung von 1 % Natriumthiosulfat (wasserfrei) und 1 % Natriumpyrophosphatdecahydrat suspendiert. Bei allen diesen drei Suspensionen wird ein öllösliches Succinimid (2 %) als Suspendiermittel verwandt. Die Verschleißdurchmesser werden mit einem Vierkugel-Verschleißtester erhalten. Die Daten sind in Tabelle III aufgezeichnet. Der kleinste Verschleißdurchmesser wird mit der Suspension, die eine Mischung von 1 % Natriumthiosulfat (wasserfrei) und 1 % Natriumpyrophosphatdecahydrat (c) enthält, erhalten, den Synergismus der beiden Bestandteile für die Verschleißschutzcharakteristiken des Schmiermittels veranschaulichend.

Beispiel 5

In einer synthetischen Kohlenwasserstoffflüssigkeit (Poly-alpha-olefin) mit einer Viskosität von 40 cS wird (a) 2 % Natriumthiosulfat (wasserfrei), (b) 2 % Natriumpyrophosphat und (c) eine Mischung von 1 % Natriumthiosulfat (wasserfrei) und 1 % Natriumpyrophosphatdecahydrat suspendiert. Wie in Tabelle III gezeigt, wird der kleinste Verschleißdurchmesser mit der Suspension, die das erfindungsgemäße Gemisch enthält, erhalten, und der synergistische Effekt ist evident.

Beispiel 6

Ein festes Schmiermittel zum Drahtziehen wird hergestellt, das aus 95 Gew. -% Calciumstearat, 2,5 % Natriumthiosulfat und 2.5 % Trinatriumphosphat besteht. Dieses Schmiermittel in Granulatform wird in den Fülltrichter einer Drahtziehmaschine für das Ziehen von Edelstahl gefüllt. Der Stahl wird leicht zu einem Draht gezogen und der verbleibende Überzug wird mit einem wäßrigen Alkalibad entfernt.
Das feste Schmiermittel dieses Beispiels ersetzt wirkungsvoll das übliche Molybdändisulfid, das zur Reinigung des gezogenen Drahtes ein Säurebad erfordert, wobei dieses Bad Chrom aus dem Stahl entfernt, so daß es zu einer Umweltgefahr wird, die schwierig zu entsorgen ist. Thiosulfat und Phosphat können vorgemischt werden unter Bildung des Schmiermittelzusatzes, der wie oben beschrieben benutzt werden kann. Wie ausgeführt, kann die Mischung aus Thiosulfat und Phosphat in einer breiten Vielfalt von Schmiermittelzusammensetzungen mit zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten benutzt werden. Es versteht sich auch, daß verschiedene Formulierungen mit Zusätzen für spezielle Zwecke in den erfindungsgemäßen Schmiermitteln benutzt werden können, wie es für einen Fachmann klar ist. Tabelle I Verschleißcharakteristiken von Lithiumfett verschiedene Zusätze enthaltend Beispiel Fett Zusammensetzung Verschleißdurchmesser¹ * L.G. = Lithiumfett ¹ASTM D 2266 - 1200 U/min, 40 kg Belastung, 60 min. bei 75ºC unter Verwendung von AISI-52100 Stahlkugeln. Tabelle II Verschleißcharakteristiken von Aluminiumkomplex-Fett verschiedene Zusätze enthaltend Beispiel Fett Zusammensetzung Verschleißdurchmesser mm * A.C. = Aluminiumkomplex-Fett ¹ASTM D 2266 - 1200 U/min, 40 kg Belastung, 60 min. bei 75ºC unter Verwendung von AISI-52100 Stahlkugeln. Tabelle III Verschleißcharakteristiken eines weißen Mineralöls und eines synthetischen Poly-alpha-olefins verschiedene Zusätze enthaltend Beispiel Flüssigkeit Zusammensetzung Verschleißdurchmesser¹ mm ¹ASTM D 2266 - 1200 U/min, 40 kg Belastung, 60 min. bei 75ºC unter Verwendung von AISI-52100 Stahlkugeln.

Claims

1. Verwendung einer Mischung von einem Metallthiosulfat und einem Metallphosphat mit einem Gewichtsverhältnis von Thiosulfat zu Phosphat von 1 : 99 bis 99 : 1 als Zusatz für ein nicht-wäßriges Basisschmiermittel, zur Bereitstellung von Hochdruck- und Verschleißschutz-Eigenschaften, wobei die Mischung in einer Menge von 0.01 bis 30 Gewichtsprozent vorliegt, basierend auf dem nichtwäßrigen Basisschmiermittel.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis von Thiosulfat zu Phosphat von 30 : 70 bis 70 : 30 ist.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das nicht-wäßrige Basisschmiermittel aus Ölen, Fetten, synthetischen Schmiermitteln und Schmiermittelpulvern ausgewählt wird.

4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei das nicht-wäßrige Basisschmiermittel aus Fetten auf Lithiumgrundlage, Ton-Fetten, Harnstoff-Fetten und Aluminiumkomplex-Fetten ausgewählt wird.